Eigenschaften von Zirkonia

Die beliebtesten Dentalkeramiksysteme sind Materialien auf Silika-, Leucit-, Lithiumdisilikat-, Aluminiumoxid- und Zirkonoxidbasis. Derzeit sind Keramiken auf Zirkonoxidbasis die am besten untersuchten und herausfordernden Forschungen aus verschiedenen Gründen.

Zirkonoxid (Zirkondioxid, ZrO2), auch als „Keramikstahl“ bezeichnet, hat optimale Eigenschaften für den Dentalbereich: überlegene Zähigkeit, Festigkeit und Ermüdungsbeständigkeit sowie hervorragende Verschleißeigenschaften und Biokompatibilität.

Zirkonium (Zr) ist ein sehr starkes Metall mit ähnlichen chemischen und physikalischen Eigenschaften wie Titan (Ti). Übrigens sind Zr und Ti zwei Metalle, die häufig in der Implantologie verwendet werden, hauptsächlich weil sie die knochenbildenden Zellen (Osteoblasten), die für die Osseointegration unerlässlich sind, nicht hemmen.

Dentales Zirkonoxid ist meistens ein modifiziertes Yttriumoxid (Y2O3) tetragonaler Zirkoniumdioxid-Polykristall (Y-TZP). Yttriumoxid wird hinzugefügt, um die Kristallstrukturumwandlung während des Brennens bei erhöhter Temperatur zu stabilisieren und die physikalischen Eigenschaften von Zirkoniumoxid zu verbessern. Beim Erhitzen beginnt die monokline Phase von Zirkoniumoxid bei 1187 °C in die tetragonale Phase umzuwandeln, erreicht ihren Höhepunkt bei 1197 °C und endet bei 1206 °C. Beim Abkühlen beginnt die Umwandlung von der tetragonalen in die monokline Phase bei 1052 °C, erreicht ihren Höhepunkt bei 1048 °C und endet bei 1020 °C und zeigt ein Hystereseverhalten. Die Umwandlung der tetragonalen in die monokline Zirkonoxidphase ist als martensitische Umwandlung bekannt. Während dieser Zirconiumdioxid-Phasentransformation nimmt die Elementarzelle mit monokliner Konfiguration etwa 4% mehr Volumen ein als die tetragonale Konfiguration, was eine relativ große Volumenänderung darstellt. Dies kann zur Bildung von Keramikrissen führen, wenn keine stabilisierenden Oxide verwendet werden. Ceroxid (CeO2), Yttriumoxid (Y2O3), Aluminiumoxid (Al2O3), Magnesiumoxid (MgO) und Calciumoxid (CaO) wurden als stabilisierende Oxide verwendet. Da sich die monokline Phase unter normalen Kühlbedingungen nicht bildet, bleiben die kubische und die tetragonale Phase erhalten und eine Rissbildung durch Phasenumwandlung wird vermieden . Es ist auch wichtig zu berücksichtigen, dass die Stabilisierung der tetragonalen und kubischen Strukturen unterschiedliche Mengen an Dotierstoffen (Stabilisatoren) erfordert. Die tetragonale Phase wird bei niedrigeren Dotierstoffkonzentrationen stabilisiert als die kubische Phase. Eine andere Möglichkeit, die tetragonale Phase bei Raumtemperatur zu stabilisieren, besteht jedoch darin, die Kristallgröße zu verringern (die kritische durchschnittliche Korngröße beträgt< 0,3="" µm).="" dieser="" effekt="" wurde="" einem="" oberflächenenergieunterschied="" zugeschrieben.="" folglich="" existieren="" für="" biomedizinische="" zwecke="" verwendete="" keramiken="" auf="" zirkoniumdioxidbasis="" typischerweise="" als="" metastabiles="" tetragonales,="" teilweise="" stabilisiertes="" zirkoniumdioxid="" (psz)="" bei="" raumtemperatur.="" metastabil="" bedeutet,="" dass="" im="" material="" noch="" eingeschlossene="" energie="" vorhanden="" ist,="" um="" es="" in="" die="" monokline="" phase="" zurückzutreiben.="" es="" stellte="" sich="" heraus,="" dass="" die="" stark="" lokalisierte="" spannung="" vor="" einem="" sich="" ausbreitenden="" riss="" ausreicht,="" um="" die="" umwandlung="" von="" zirkonoxidkörnern="" in="" der="" nähe="" der="" rissspitze="" auszulösen.="" in="" diesem="" fall="" wird="" die="" volumenzunahme="" von="" 4%="" vorteilhaft,="" da="" sie="" im="" wesentlichen="" den="" riss="" zum="" schließen="" zusammendrückt="" und="" die="" zähigkeit="" erhöht,="" bekannt="" als="">